一種模糊控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種模糊控制器，屬于模糊控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 采用模糊控制技術(shù)設(shè)計(jì)的模糊控制器，已廣泛應(yīng)用于各類對(duì)象的控制，構(gòu)成模糊 控制系統(tǒng)。以超聲波電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制為例，圖1給出了采用模糊控制器的超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)速 控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖。圖1所示系統(tǒng)的控制目的，是使得電機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速值ω與轉(zhuǎn)速 給定值ω Γ相同。圖中，轉(zhuǎn)速給定值ωΓ減去電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速值ω，得到當(dāng)前的轉(zhuǎn)速誤差coe ; ?e經(jīng)微分算子ρ作用，得到轉(zhuǎn)速誤差變化率coec。coe和Coec作為模糊控制器的輸入量， 經(jīng)模糊控制器的模糊推理計(jì)算后，得到控制量f，作用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制 量的數(shù)值，輸出符合控制量要求的交流驅(qū)動(dòng)電壓u，施加于超聲波電機(jī)定子繞組，實(shí)現(xiàn)對(duì)電 機(jī)轉(zhuǎn)速ω的自動(dòng)調(diào)節(jié)。圖1中的旋轉(zhuǎn)編碼器為電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量傳感器，用來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn) 速。旋轉(zhuǎn)編碼器輸出量為頻率與轉(zhuǎn)速成正比的方波信號(hào)，該方波信號(hào)需經(jīng)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)處 理單元處理，得到轉(zhuǎn)速值ω作為反饋信號(hào)。
[0003] 圖1中的模糊控制器，采用二輸入一輸出的形式，這是普遍使用的模糊控制器結(jié) 構(gòu)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，圖2中，Ge、Gec和Gf分別為輸入、輸出變量的量化因子， 可有可無(wú)，兩個(gè)輸入變量和co ec，經(jīng)模糊化、模糊推理、解模糊三個(gè)主要環(huán)節(jié)的處理，得 到的信號(hào)df再經(jīng)積分J，得到輸出控制量f。按照現(xiàn)有模糊控制器的設(shè)計(jì)理論，圖2中的 "模糊推理"、"解模糊"環(huán)節(jié)的具體設(shè)計(jì)，都可在已有的多種成熟方法中進(jìn)行選擇。例如，常 用的模糊推理方法有"Mamdani推理方法"、"Lusing Larson推理方法"、"Sugeno推理方法" 等，常用的解模糊方法有"重心法"、"最大平均值法"、"Sugeno解模糊法"等。模糊推理過(guò)程 中采用的輸入量有兩個(gè)，使得模糊推理環(huán)節(jié)的計(jì)算量大，增加了模糊控制器的復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種模糊控制器，以解決目前模糊控制器采用兩輸入一輸出 形式所導(dǎo)致計(jì)算量大的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題提供了一種模糊控制器，一種模糊控制器，包括輸入 變量的模糊化單元、模糊推理單元和解模糊單元，所述的輸入變量的模糊化單元的輸入信 號(hào)為被控制量，輸入變量的模糊化單元的輸出端與模糊推理單元的輸入端連接，模糊推理 單元的輸出端與解模糊單元的輸入端連接，所述解模糊單元的輸入端還輸入有被控制量的 誤差和被控制量的誤差變化量。
[0006] 所述的模糊推理單元采用改進(jìn)的一階Sugeno推理算法，該算法采用的模糊規(guī)則 形式為：
[0007] 規(guī)則 1 :如果 W = NS，那么 DF = Z1= A n*c〇e+A21*c〇ec
[0008] ......
[0009]規(guī)則 η :如果 W = NB，那么 DF = Zn= A 1η* ω e+A2n* ω ec
[0010] W為輸入變量ω經(jīng)輸入變量的模糊化單元處理之后得到的模糊變量；ω e為被控 制量的誤差；ω ec為被控制量的誤差變化量；DF為與df對(duì)應(yīng)的模糊變量，df為DF經(jīng)解模 糊環(huán)節(jié)處理得到的變量;An、……Aln、A21、……、A2n為系數(shù)常數(shù)。
[0011] 所述的解模糊單元采用一階解模糊算法，該算法的計(jì)算公式為：
[0012]
[0013] 其中00?1、00?2、00?"分別為一階51^11 〇推理方法采用的第1條、2條、11條規(guī)則前 提部分的滿意度值。
[0014] 所述的模糊控制器的控制對(duì)象為超聲波電機(jī)，被控制量為超聲波電機(jī)的轉(zhuǎn)速，被 控制量的誤差為超聲波電機(jī)的轉(zhuǎn)速誤差，被控制量的誤差變化量為超聲波電極的轉(zhuǎn)速誤差 變化量。
[0015] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的模糊控制器采用一輸入一輸出的形式，輸入變量 的模糊化單元的輸入信號(hào)為被控制量，輸入變量的模糊化單元的輸出端與模糊推理單元的 輸入端連接，模糊推理單元的輸出端與解模糊單元的輸入端連接，解模糊單元的輸入端還 輸入有被控制量的誤差和被控制量的誤差變化量。本發(fā)明中被控制量的誤差和誤差變化率 兩個(gè)輸入變量?jī)H用于模糊控制器中"解模糊"環(huán)節(jié)的計(jì)算，不參與模糊推理等其它環(huán)節(jié)的計(jì) 算，顯著降低了模糊控制器的復(fù)雜度，并通過(guò)具體實(shí)例說(shuō)明了本發(fā)明能夠使在線計(jì)算量顯 著減小，并將其應(yīng)用到超聲波電機(jī)控制上，得到了良好的控制效果。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中超聲波電機(jī)模糊轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的基本框圖；
[0017] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中超聲波電機(jī)模糊轉(zhuǎn)速控制器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中超聲波電機(jī)模糊控制器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019] 圖4是本發(fā)明的模糊控制器在不同給定值的轉(zhuǎn)速階躍響應(yīng)示意圖；
[0020] 圖5是傳統(tǒng)模糊控制器在不同給定值的轉(zhuǎn)速階躍響應(yīng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0022] 本發(fā)明的模糊控制器采用一輸入一輸出的形式，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括 輸入變量的模糊化單元、模糊推理單元和解模糊單元，其中輸入變量的模糊化單元的輸入 信號(hào)為被控制量，輸入變量的模糊化單元的輸出端與模糊推理單元的輸入端連接，模糊推 理單元的輸出端與解模糊單元的輸入端連接，解模糊單元的輸入端還輸入有被控制量的誤 差和被控制量的誤差變化量。
[0023] 下面以超聲波電機(jī)作為本發(fā)明模糊控制器的控制對(duì)象為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施 例中的模糊控制器的輸入變量ω為超聲波電機(jī)轉(zhuǎn)速，輸入變量的模糊化單元首先對(duì)輸入 的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行模糊化處理，然后將模糊化處理后的信號(hào)輸入到模糊推理單元，模糊推理 單元基于模糊規(guī)則對(duì)模糊化后的超聲波電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行推理，并解模糊單元解模糊處 理后得到信號(hào)df，得到的信號(hào)df再經(jīng)積分丨，得到最終得到輸出控制量f。
[0024] 本實(shí)施例中模糊推理單元采用改進(jìn)的一階Sugeno推理方法，下面先對(duì)一階 Sugeno推理方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，一階Simeno推理方法采用的模糊規(guī)則為：
[0025] 規(guī)則1 :如果W = NS，那么
[0026] ......
[0027] 規(guī)則η :如果W = NB，那么
[0028] 其中W為輸入變量ω經(jīng)模糊化環(huán)節(jié)處理之后得到的模糊變量；DF為與df對(duì)應(yīng)的 模糊變量，DF經(jīng)解模糊環(huán)節(jié)處理就得到df ;AM、An、……、A%、Aln為系數(shù)，常數(shù)。
[0029] 本實(shí)施例中采用改進(jìn)的一階Sugeno推理方法，該推理方法采用的模糊規(guī)